Tahukah Kamu

Tahukah Kamu? Banyak sekali masalah—masalah rumit yang memerlukan teknik—teknik tertentu untuk memecahkannya. Dan teknik—teknik untuk pemecahan masalah—masalah itu tentu saja sama rumitnya. Tetapi ternyata masalah— masalah tersebut dapat dipecahakan dengan teknik sederhana yang belum pernah kamu bayangkan sebelumnya. Berikut ini, saya akan menuliskan beberapa fakta—fakta mengejutkan tentang fisika.

N Ternyata

teori-teori tentang gerak parabola hanya akan tepat jika gerak

parabola terjadi di Bulan, dimana tidak ada atmosfer. Di Bumi teori tersebut tidaklah tepat. Gesekan udara memiliki pengaruh cukup besar pada gerak parabola, terutama bagi benda-benda ringan yang melaju cepat. Untuk benda-benda ini, hambatan oleh gesekan udara akan sebanding dengan kuadrat kelajuan. Sebuah baseball yang dipukul dan bergerak dengan selang waktu tertentu di udara dapat kehilangan sebagian dari kelajuan awalnya. Baseball akan menempuh hanya sedikit dari setengah jarak jangkauannya, seandainya tidak ada gesekan udara. Walaupun bola basket biasa dilempar dengan kelajuan rendah (sekitar 7,6 m/s) tetapi boal basket ringan dan luas permukaanya besar, sehingga faktor hambatan udara memberikan perlambatan kira-kira 1 m/s tegak lurus terhadap lintasan 2

terbang Karena itu, pemain basket harus berkompensasi perlambatan oleh .

hambatan udara ini dengan melempar bola pada kelajuan kira-kira 5 persen dari pada yang diperlukan seandainya lapangan basket ada di Bulan.

N

Ketika kamu mendorong buku secara bertahap maka akan memperbesar gaya dorong mu. Mengapa buku tidak segera bergerak ketika kamu mulai

mendorong? Ini karena secara alami bekerja gaya hambat pada buku. Asal dari gaya hambat yang disebut gaya gesek ini tidaklah jelas. Ia bergantung pada banyak faktor. Faktor utama penyebab gesekan ialah kekasaran mikroskopis dari permukaan sentuh. Tidak ada permukaaan yang licin sempurna. Setiap permukaan disusun oleh bukit dan lembah. Sambungan dari bukit permukaan satu ke lembah permukaan lain inilah yang menghasilkan hambatan dari pergerakan satu benda di atas benda lainnya. Ketika gaya yang dikerjakan cukup mengatasi gesekan, pergerakan terjadi dan bukit terpotong-potong. Proses ini memberikan kenaikan kalor dan meningkatkan suhu lokal. Inilah yang menyebabkan ausnya permukaan kontak. Untuk mengatasi ausnya permukaa-permukaan yang bersentuhan karena fenomena gesekan, antara permukaan-permukaan ini diberi lapisan fluida. Proses pemberian lapisan fluida ini disebut pelumasan. Inilah alasan mengapa mesin mobil harus diberi oli dan rem diberi minyak rem secara berkala.

N

Bagaimana

faktor

ban

mobil

mempengaruhi

keselamatanmu

saat

berkendaraan pada suatu jalan raya? Faktor-faktor apa sajakah yang menjaga agar ban-ban mobilmu tidak tergelincir saat membelok atau mengerem? Bagaimanakah peran gesekan dalam masalah ini? Gesekan ban terutama ditentukan oleh pola tapak ban. Untuk jalan beraspal baik dan dalam kondisi jalan kering, ban dengan permukaan halus (tanpa tapak) memberikan tenaga tarik yang lebih baik daripada ban dengan tapak beralur. Ini karena ban halus memberikan daerah kontak yang lebih lebar antara permukaan ban dan jalan. Karena alasan ini maka ban-ban yang digunakan untuk balap mobil pada sirkuit dengan kondisi jalan kering umumnya menggunakan ban dengan permukaan halus tanpa desain tapak. Sayangnya, ban dengan permukaan halus memberikan tenaga tarik sangat

kecil pada kondisi hujan atau jalan tertutup salju. Ini terjadi karena gesekannya menjadi berkurang akibat terjadinya pelumasan oleh lapisan air yang terdapat antara ban dan jalan. Untuk kondisi jalan basah sebaiknya digunakan ban dengan permukaan bertapak. Ban bertapak memiliki alur-alur dimana air dapat menyusup ketika ban berputar sepanjang jalan. Ini menghasilkan daerah kontak langsung antara ban dan jalan. Sebuah ban bertapak menghasilkan koefisien gesekan yang berkisar 0,7 pada keadaan kering dan 0,4 pada keadaan basah. Sedangkan ban tanpa tapak menghasilkan koefisien gesekan 0,9 untuk kondisi kering dan 0,1 untuk kondisi basah.

N

Kamu tentu masih ingat dengan meledaknya pesawat ulang-alik Challenger pada Kamis, 28 Januari 1986 hanya sesaat setelah diluncurkan. Pesawat itu menewaskan awaknya dan seorang guru sekolah dasar, nyonya McAuliffe, yang dipilih untuk menjalankan misi. Nah, ini adalah cerita singkat dari fisikawan pemenang Nobel Fisika (tahun 1965) yang bandel tapi jenius : Richard Philips Feynman, Bapak Teknologi Nano. Beliau tergabung dalam komite kepresidenan dalam penyelidikan meledaknya pesawat ulang-alik Challenger. Setelah belajar cepat dari beberapa insinyur yang terlibat dalam pembuatan pesawat, Feynman menduga masalah ledakan bisa ditimbulkan oleh cincin karet penutup-O (O-ring seal), yang terdapat pada bagian solid rocket booster. Material karet yang dipilih untuk membuat cincin-O harus mengembang cukup cepat untuk mengisi celah pada join, yang semakin bertambah lebar akibat tekanan di dalam roket. Jadi, sifat kepegasan karet menjadi bagian yang sangat penting dalam mendesain sebuah seal. Jika seal sampai bocor, gas panas akan keluar dari join, dan ini bisa menimbulkan ledakan. Dari catatan temperatur, Feynman memperoleh data bahwa saat lepas landas, temperatur sekitar -1,7˚C, temperatur

terdingin saat peluncuran pesawat ulang-alik sebelumnya adalah 11,7˚C. Feynman mengetahui temperatur dingin akan membuat material karet keras, yang berarti mengurangi sifat kepegasan karet. Faynman menguji apakah sifat kepegasan karet cincin-O juga dipengaruhi temperatur dingin denagn melakukan percobaan sederhana, yaitu meletakkan karet modal ke dalam C-Clamp, lalu menaruhnya di air es beberapa saat. Hasil eksperimen menunjukan bahwa selama beberapa detik, tidak ada kelenturan pada material ketika temperatur 0˚C. selam beberapa detik tersebut, cincin-O tidak benar-benar rapat sehingga gas akan keluar dari celah, dan ini akan menimbulkan bencana. Perhatikan, hanya dengan eksperimen sederhana yang diperagakan di depan umum, Feyman berhasil menjelaskan kegagalan pesawat ulang-alik yang desainnya kompleks, melibatkan ribuan pekerja dan berharga sangat mahal.

N

Semakin berkurangnya cadangan minyak mentah di perut Bumi, dan semakin tingginya tingkat pencemaran udara yang antara lain disebabkan oleh gas sisa pembakaran (emisi) mesin kendaraan bermotor berbahan bakar minyak, membuat produsen mobil terkemuka berusaha mencari bahan bakar alternatif baru. Tantangan untuk mendapatkan kendaraan ramah lingkungan dengan emisi nol melahirkan kendaraan dengan bahan bakar hidrogen bertekanan tinggi, dengan mengombinasikan sistem hibrida fuel cell dengan baterai kedua. Kendaraan dengan sistem mesin ini disebut Fuel Cell Hybrid Vehicles (FCHV). FCHV pada prinsipnya adalah mobil yang menggunakan mesin listrik yang tenaga listriknya diperoleh lewat reaksi kimia yang menggabungkan gas hidrogen dengan gas oksigen yang diperoleh dari udara. Sisa pembakaran yang dihasilkan adalah air sehingga dianggap sangat aman untuk pelestarian lingkungan. Selain itu, berbeda dengan mobil listrik konvensional yang perlu mengisi lagi baterainya selama beberapa jam,

pengisian gas hidrogen hanya memerlukan waktu sekitar lima menit. Untuk fuel cell dengan tangki yang dapat membawa hidrogen sebanyak 340 atm memungkinkan mobil menempuh 161 km pada satu kali pengisian. Walaupun tangki membawa hidrogen lebih sedikit, yaitu 200 atm, tetapi jika diberi baterai tambahan, baterai NiMH, jarak tempuh mobil meningkat dan dapat mencapai 250 km pada satu kali pengisian. Baterai tambahan membantu mobil saat berakselerasi atau membutuhkan tenaga lebuh besar. Pengisian baterai NiMH dilakukan saat mobil menurunkan kecepatan (deselerasi).

N

Pada saat tabrakan terjadi, pengendara akan mengalami gaya impulsif. Telah kamu ketahui bahwa makin lama selang waktu kontak yang dialami pengemudi ketika tabrakan terjadi, makin kecil gaya impulsif yang dialami pengemudi.

Prinsip

itulah

yang

digunakan

untuk

mendesain

faktor

keselamtan mobil. Pertama, bagian depan dan belakang mobil didesain agar dapat

menggumpal

secara

perlahan

ketika

tabrakan

terjadi.

Ini

menyebabkan selang waktu kontak lebih lama sehingga sangat mengurangi gaya impulsif yang akan diterima pengemudi. Kedua, apa yang terjadi pada pengemudi ketika tabrakan memberhentikan mobilnya dengan cepat? Oleh karena inersia, maka pengemudi akan bergerak ke depan dengan kelajuan yang sama dengan kelajuan yang sama dengan kelajuan mobil sesaat sebelum tabrakan terjadi. Untuk itu diperlukan impuls untuk mengurangi momentum pengemudi menjadi nol. Setir kemudi dapat memberikan sebuah impuls pada pengemudi dalam selang waktu yang singkat. Ini menghasilkan gaya impulsif yang sangat besar dan tentu saja berbahaya bagi keselamatan pengemudi. Sebuah kantong udara yang terletak antara setir kemudi dan pengemudi akan mengembang ketika tabrakan terjadi. Kantong udara dibuat lunak sehingga impuls yang diberikan kantong udara akan berlangsung lebih lama, dan ini mengurangi gaya impulsif yang dikerjakan kantong udara pada

pengemudi. Ketiga, jika sebelum tabrakan kecepatan mobil sangat tinggi, ada kemungkinan pengemudi menabrak setir kemudi walaupun kantong udara telah berfungsi mengurangi gaya impulsif. Ini tentu saja tetap berbahaya bagi keselamatan pengemudi. Sebuak sabuk keselamatan didesain untuk dapat memberikan impuls yang dapat memberhentikan pengemudi dalam selang waktu tertentu (waktu kontak) setelah pengemudi dan sabuk keselamatan menempuh jarak tertentu yang aman, yakni kira-kira kurang dari 50 cm. Kamu pasti bertanya mengapa sabuk keselamatan dibuat elastis? Mengapa sabuk keselamatan tidak didesain dari bahan yang kaku agar pengemudi tidak dapat bergerak sewaktu tabrakan terjadi, dan dengan demikian pengemudi tidak mungkin menabrak setir kemudi? Jika sabuk terbuat dari bahan aku, pada saat tabrakan, sabuk akan mengerjakan impuls pada tubuh pengemudi dalam waktu yang sangat singkat (mendekati nol). Ini menghasilkan gaya impulsif yang sangat besar yang bekerja pada tubuh pengemudi, sehingga akan sangat menyakitkan pengemudi, bahkan dapat membahayakan jiwanya. Keempat, usaha lainnya yang dapat dilakukan yaitu menggunakan pegas pada setir kemudi.

N

Kamu dapat membedakan telur baru dan telur busuk hanya dengan menjatuhkannya ke dalam air segar (air ledeng). Telur baru akan tenggelam di dalam air segar karena massa jenis rata-ratanya lebih besar daripada massa jenis air segar. Telur busuk akan mengapung di dalam air segar karena kuning dan putih telurnya mongering, sehingga massa jenis rataratanya lebuh kecil daripada massa jenis air segar.

N

Saat kamu terlentang di air kamu mengapung seperti perahu. Ini terjadi karena sebagian permukaan tubuhmu yang tercelup dalam air memindahkan air. Tubuhmu mengalami gaya apung yang dikerjakan oleh air. Gaya apung

berarah ke atas ini dapat mengimbangi berat badanmu, sehingga kamu dapt mengapung di air dan tidak tenggelam.

N

Ketika tutup botol suatu minuman bersoda dibuka, gas dalam leher botol memuai secara cepat dan adiabatik. Gas melakukan usaha pada udara sekitarnya dan kehilangan energy kalor. Sebagai hasilnya, suhu dalam leher botol dapat berkutang dari kira-kira 41˚F (5˚C) menjadi -31˚F (-35˚C). Perubahan drastis ini menyebabkan uao air dalam leher botol menegmbun menjadi suatu awan dari tetesan-tetesan kecil.

N

Sesuai dengan hukum kedua termodinamika, konveksi siklus dari energi panas menjadi energi bentuk lain tidak dapat memiliki efisiensi sempurna; sejumlah energi harus dibuang ke sumber dingin. Menara pendingin pada sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN), adalah tempat di mana energi panas dibuang. Jika energi panas langsung dibuang ke lingkungan, akan menimbulkan dampak linkungan. Jika dibuang ke sungai atau laut misalnya, energi panas ini dapat membunuh ikan dan sumber bahan pangan. Jika dibuang ke darat, energi panas dapat

membunuh tanaman dan

menyebabkan tanah tidak subur. Menara pendingin berfungsi mendinginkan energi panas yang dibuang oleh mesin kalor agar air, yang akhirnya dibuang ke lingkungan, memiliki suhu yang tidak membahayakan lingkungan.